Датчик давления и температуры Советский патент 1985 года по МПК G01L9/08 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначается для одновременного измерения давления и температуры. По основному авт.св. 1068750 известен датчик давления и темпера туры, содержащий первичный преобразователь с двумя пьезорезонатора ми, расположенными на упругом элементе и подключенными к двум автогенераторам, смеситель и фазовый детектор, подключенный к входам дв усилителей через фильтр низкой час тоты. С целью повышения точности измерений и расширения диапазона измерений давления и температуры в датчик введены два управляемых ква цевых.генератора и второй смесител при этом выход каждого из автогенераторов через соответствующий смеситель подключен к фазовому детектору, а вторые входы дмесителей через управляемые кварцевые генера торы подключены к выходам усилителей, причем в него дополнительно введены два фильтра низкой частоты .подключенные соответственно на выходы смесителей. У Цель изобретения - повышение точности и расширение динамических диапазонов измерений за счет введения силовой компенсации и устранения гистерезиса. Поставленная цель достигается тем, что в датчик давления и темпе ратуры введены арифметическое устройство, два преобразователя часто та-код,два компаратора, входами подключенные к выходу фильтра низкой частоты, и последовательно соединенные реверсивный счетчик, преобразователь код-напряжение, управляемый источник тока и расположенный центросимметрично по отношению к первичному преобразователю электромагнитный преобразователь тока в силу, содержащий соленоид, соединенный с управляемым источником тока/ и размещенный в нем ферромагнитный сердечник с метал лическим штоком, механически связанный с упругим элементом первично го преобразователя, причем вход первого преобразователя частота-код связан с выходом одного из смесителей, а первый вход второго преобразователя частота-код - с. выходом одного из управляемых кварцевых генераторов, выход арифметического устройства подключен к второму входу второго преобразователя частотакод, а суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика подключены каяодый одновременно к выходу соответствующего компаратора и раздельным входс1М арифметического устройства. На фиг.1 представлена функциональная схема датчика; на фиг.2 пример реализации первичного преобразователя; на фиг.З - поясняется принцип формирования в датчике характеристики преобразования по давлению. Датчик содержит первичный преобразователь 1 с двумя пьезорезонаторами 2 и 3, расположенными на упругом элементе, выполненном в виде.мембраны с жестким центром. Пьезорезонаторы 2 и 3 подключены к автогенераторам 4 и 5, нагруженным на первые входы смесителей 6 и 7 соответственно, выходы которых подключены к фазовому детектору 8. Выход фазового детектора 8 через фильтр 9 низкой частоты подключен к управляемым кварцевым генераторам 10 и 11 через усилители 12 и 13. Выходы кварцевых генераторов 10 и 11 подключены соответственно ко вторым входам смесителей 10 и 11, образуя тем самым двухкольцевую схему автоматической подстройки частоты пьезорезонаторов 2 и 3, являющейся системой обработки двумерных информационных частотных сигналов на,выходах автогенераторов 4 и 5, К выходу смесите ля 6 подключен преобразователь 14. частота-код, второй преобразователь 15 частота-код первым входом подключен к выходу управляемого кварцевого генератора 10, а вторым входом соединен с последовательно включенными арифметическим устройством 16, подключенным к суммирующим и вычитающим входам реверсивного счетчика 17, преобразователем 18 код-напряжение, управляемым источником 19 тока, электромагнитным преобразователем 20 тока в силу, содержащем соленоид 21, ферромагнитный сердечник с металлическим штоком 22, механически связанный с упругим ментом. Компараторы 23 и 24 входами подключены к выходу фильтра 9 низкой частоты, а выходами - к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика 17 соответственно. Датчик давления и температуры работает следующим образом. Пьезорезонатору 2 и 3, размещенные на упругом элементе первичного преобразователя 1, воспринимают одновременное воздействие давления и температуры. ДвухКонтурной схемой обработки сигналов пьезорезонаторов обществляется преобразование их сигналов в пропорциональное изменение частоты. Информация о температуре снимается с выхода смесителя б и преобразователем 14 частота-код представляется в кодовой форме N(P).. Информация о давлении сии- i мается с выхода управляемого кварцевого генератора 10 и преобразователем 15 частота-код представляется в кодовой форме. Уровень срабатывания компаратора 23 верхнего уровня выбирается соответствующим такому приращению выходного сигнала фильтра 9 низкой частоты, которое может быть вызвано давлением воздействующим на пьез.орезонаторы 2 и 3 по величине в 3 4 раза меньшим уровня их механической прочности, причем это давление соответствует величине измеряемого давления, равного Р (фиг.З). Уровень срабатывания компаратора 24 нижнего уровня соответствует напряжению на выходе фильтра 9 низкой частоты при .Нулевом давлении на вхо де датчика. Поэтому в диапазоне измеряемых давлений О-Р цепь си- левой компенсации не работает. При достижении величины измеряемого давления Р большей величины Р срабатывает компаратор 23 верхнего уровня, единичный импульс с которого заносится в реверсивный счет чик 17 в виде двоичной единицы, суммируемой с имеющимся в счетчике 17 значением выходного кода п(Р), который при работе датчика в диапазоне равен нулю. Изменение выходного кода счетчика 17 преобразователем 18 код-напряжение преоб разуется в соответствующее приращение напряжения , а затем управляемым источником 19 тока - в ток. Протекание тока по соленоиду вызывает перемещение сердечника со штоком 22 который, воздействуя на мембрану преобразователя 1, возвращает его в исходное состояние,соответствующего отсутствию измеряемого давлени (фиг.За). В этом случае для обеспечения на выходе второго преобразователя 15 частота-код показаний код соответствующих не нулевому давлению, а фактическому - Р (фиг.Зб), выходной импульс компаратора 23 вер него уровня параллельно.с записью в реверсивный счетчик 17 поступает на первый вход арифметического усзтройства 16, обеспечивающего в памяти второго преобразователя 15 часто та-код значения кода N(P ), а также суммирование с этим постоянны кодом текущего кода Н(„(Р) при работ датчика в диапазоне давлений , где для выходного кода получают N (Р) N (Р ) -ЬЫ(Р) . При дальнейшем повышении измеряемого давления аналогично происходит переход в следую щий поддиапазон характеристики пре образования , соответствующий диапазону измеряемых давлений от Ргдо Pj (фиг.36), где для выходного кода имеют N(P)-N{P, )+N(P2 )+N(P) и т.д. ,Необходимое число поддиапазонов определяется требуемым динамическим диапазоном датчика по давлению и характеристик ги преобразователя 20 тока в силу. При обратном движении по характеристике преобразования (фиг.З), т.е. при уменьшении измеряемого давления от Р,пд, Р„ до Р О, при прохождении точек характеристики преобразования датчика, соответствующих давлениям Р, 3 г т происходит срабатывание уже компарйтора 24 нижнего уровня, импульсы с|-вшсода которого поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 17 и уменьшают значение двоичного кода на выходе счетчика. В соответствии с этим уменьшается уровень по зтоянного напряжения на выходе прйеобразователя 18 код-напряжение,. а;|также уменьшается ток управляемого источника 19 тока, питающего электромагнитный преобразователь 20 тока вй.силу. Это приводит к снижению компенсирующего усилия, передаваемого посредством штока на мембрану. Кроме того, выходные импульсы компар4тора 24 нижнего уровня поступают на второй вход арифметического устройства 16, вследствие чего это устройство производит последовательное вычитание из выходного кода N(P), имекядегося во втором преобразователе 15 частота-код,, постоянных значений кода N (Р. ) ... .N (Pj ) ,N (Р) соответствукяцих уровням измеряемого давления Р. ...,,Р,Р. И1 1пульс, получаемый на выходе компаратора 24 нижнего уровня при достижении давлением Р нулевого знач.ения, не оказывает влияния на работу устройства, поскольку и код Ы(Р) на выходе второго преобразователя 16 частота-код и код на выходе реверсивного счетчика в этом случае имеют нулевые значения. ; Введение цепи силовой компесации с соответствующими поддиапазонами преобразования давления (фиг.З) позволяет задавать на определенном уровне величины максимальных упругих напряжений в местах крепления пьезорезонаторов, снижая тем самБМ влияние гистерезисных явлений в первичном преобразователе. Это, в свою очередь, дает возможность повысить точность измерения не только да вления, но и температуры, поскольку в датчике ин1формация об этих параметрах получается путем обработки двумерных частотных сигналов.

20Фие.2 :

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ ПО авт. св. 1068750, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения динамических диапазонов измерений за счет введения силовой компенса.ции и устранения гистерезиса, в него введены арифметическое устройство, два преобразователя частота-код, два компаратора, входами подключенные к выходу фильтра низкой частоты, и последовательно соединенные реверсивный счетчик, преобразователь код-напряжение, управляемый источник тока и расположенный центросимметрично по отношениюк первичному преобразователю электромагнитный преобразователь тока в силу, содержащий соленоид, соединенный с управляемым источником тока, и размещенный в нем ферромагнитный сердечник с металлическим штоком, механически связанный с упругим элементом первичного преобразователя, причем вход первого преобразователя частота-код связан с выходом одного из смесителей, а первый вход второго преобразователя частота-код - с выходом одного из управляемых кварS цевых генераторов, выход арифметического устройства подключен к вто(Л рому входу второго преобразователя частота-код, а суммирукяций и вычитающий входы реверсивного счетчика подключены каждый одновременно к выходу соответствующего компарато-: ра и раздельным входам арифметического устройства. со 1 СО да У/